香港科技大學（HKUST）的研究人員開發了一種新的集成技術，用于高效集成III-V族化合物半導體器件和硅，為低成本、大容量、高速度和高吞吐量的光子集成鋪平了道路，從而徹底改變了數據通信。

與使用電子的傳統集成電路或微芯片不同，光子集成電路使用光子或光粒子。光子集成結合了光和電子技術，以加快數據傳輸速度。特別是硅光子學處于這場革命的最前沿，因為它能夠創建可以同時處理大量數據的高速、低成本連接。

雖然硅可以處理無源光學功能，但它在有源任務中遇到困難，例如產生光或檢測光——這兩者都是數據生成和讀出的關鍵組件。這需要將III-V族半導體集成到硅襯底上，以實現完整的功能和更高的效率。

但是，雖然III-V族半導體可以很好地完成主動任務，但它們自然不能很好地與硅配合使用。該團隊由新興跨學科領域研究助理教授薛穎教授和研究教授劉啟美教授領導，通過尋找一種使III-V族器件與硅高效工作的方法來解決這一挑戰。

他們開發了一種稱為橫向長寬比捕獲的技術，這是一種新型的選擇性直接外延方法，可以在橫向方向上選擇性地生長絕緣體上硅上的III-V族材料，而無需厚緩沖區。 雖然文獻中沒有報道的集成方法可以解決高耦合效率和高產量的挑戰，但他們的方法實現了面內III-V激光器，使III-V激光器可以在同一平面上與Si耦合，這是有效的。

“我們的方法解決了III-V族器件和硅的不匹配問題。它實現了III-V族器件的優異性能，使III-V族與Si的耦合變得簡單高效。 在過去的幾十年中，在大數據、云應用和傳感器等新興技術的推動下，數據流量呈指數級增長。集成電路領域，也稱為微電子學，通過使電子設備更小、更快來實現這種增長，這要歸功于摩爾定律，摩爾定律是微芯片上的晶體管數量大約每兩年翻一番。但數據流量的持續爆炸式增長已經將傳統電子設備推向了極限。

2016 年 Zettabyte 時代的開始迎來了數據生成、處理、傳輸、存儲和讀出的飛速增長。數據激增帶來了速度、帶寬、成本和功耗等關鍵挑戰。這就是光子集成，特別是硅光子學的用武之地。

在接下來的步驟中，該團隊計劃證明與硅波導集成的III-V激光器可以表現良好，例如具有低閾值，高輸出功率，長壽命和在高溫下工作的能力。

她說，在將這項技術用于現實生活之前，有一些關鍵的科學挑戰需要解決。但它將實現新一代通信和各種新興應用和研究領域，包括超級計算機、人工智能、生物醫學、汽車應用以及神經和量子網絡。

該研究最近發布在《激光與光子學評論》雜志上。

來源：激光網